Спектры и спектральные аппараты

Тема: Спектры и излучения

Класс: 11

Цель : систематизировать знания о различных видах излучений и спектрах; познакомить с методом спектрального анализа; объяснить на качественном уровне происхождение линейчатых спектров испускания и поглощения.

Задачи: с целью формирования научного мышления рассмотреть причинно – следственные связи между строением вещества, его состоянием и типом спектра; продемонстрировать интегрированный подход к изучению явлений природы.

«… Видел радугу на небе,

На востоке, и тихонько

Говорил: « Что там, Нокомис?»

Нокомис отвечала:

« Это Мускодэ на небе;

Все цветы лесов зеленых,

Все болотные кувшинки,

На земле, когда увянут,

Расцветают снова в небе.»

По мотивам легенды

североамериканских индейцев.

Тема:

Излучение и спектры

Дисперсия света

Показатель преломления света, как установил Ньютон, зависит от

его цвета. Цвет же определяется частотой колебаний (или длиной

световой волны). Зависимость показателя преломления света от частоты колебаний называется дисперсией. Дисперсия приводит к тому, что луч белого света, входящий в стеклянную призму, разлагается на свои составляющие цвета: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый – спектр белого света.

Тепловое излучение

Это самый распространенный и простой вид излучения

Тепловыми источниками излучения являются:

Солнце

Пламя

Лампа накаливания

Электролюминесценция

Это явление наблюдается при разряде в газах, при котором возбужденные атомы отдают энергию в виде световых волн. Благодаря этому разряд в газе сопровождается свечением.

Рекламные надписи

Северное сияние

Католюминесценция

Это свечение твердых тел, вызванное бомбардировкой их электронами. Благодаря католюминесценции светятся экраны электронно – лучевых трубок телевизоров.

Первый телевизор

Электронно – лучевая трубка

КВН – 49

телевизоров

Хемилюминесценция

При некоторых химических реакциях, идущих с выделением энергии, часть этой энергии непосредственно расходуется на излучение света,причем источник света остается холодным.

Кусок дерева, пронизанный

светящейся грибницей

Светлячок

Рыба,обитающая

на большой глубине

Фотолюминесценция

Под действием падающего излучения, атомы вещества

возбуждаются и после этого тела высвечиваются.

Лампа дневного света

Елочные игрушки

покрывают светящими

красками

Распределение энергии

в спектре

Та энергия, которую несет с собой свет от источника,определенным

образом распределена по волнам всех длин, входящим в состав

светового пучка. Важнейшая характеристика излучения – распределение его по частотам или длинам волн. Это распределение характеризуется спектральной плотностью интенсивности излучения.

Кривая зависимости спектральной

плотности интенсивности излучения

от частоты в видимой части спектра

электрической дуги.

Спектральные аппараты

Призменный спектральный аппарат – спектрограф.

Ход лучей в спектрографе

1. Через узкую щель проходит пучок света.

2. Линза №1 делает пучок света

параллельным.

3. Призма раскладывает белый свет по длинам волн на спектр.

4. Линза №2 собирает разошедший пучок излучения по длинам волн в разные концы экрана.

5. Фотопластинка фиксирует спектр и получается спектограмма .

Непрерывные спектры.

Непрерывные спектры дают тела, находящиеся в твердом ,

жидком состоянии, а также сильно сжатые газы.

Распределение энергии по

частотам в видимой части

непрерывного спектра

Линейчатые спектры.

Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном

атомарном состоянии.

Изолированные атомы излучают строго определенные длины волн.

Примерное распределение

спектральной плотности

интенсивности излучения

в линейчатом спектре.

Полосатый спектр

Полосатые спектры в отличие от линейчатых спектров создаются не

атомами, а молекулами, не связанными или слабо связанными

друг с другом.

Элетронный полосатый спектр азота N 2

Спектры испускания и поглощения

Спектры испускания:

1- сплошной;

2- натрия;

3- водорода;

4- гелия.

Спектры поглощения:

5- солнечный;

6- натрия;

7- водорода;

8- гелия.

Спектральный анализ

Метод определения химического состава по его спектру .

Атомы любого химического элемента дают спектр, не похожий на спектры всех других элементов: они способны излучать строго определенный набор длин волн.

1 .

Видимая часть солнечного излучения при изучении с помощью спектроанализирующих приборов оказывается неоднородной – в спектре наблюдаются линии поглощения, впервые описанные в 1814 году И. Фраунгофером. Спектральный анализ позволяет получить информацию о составе Солнца, поскольку определенный набор спектральных линий исключительно точно характеризует химический элемент. Так, с помощью наблюдений спектра Солнца был открыт гелий .

С помощью спектрального анализа узнали, что звезды состоят из тех же самых элементов, которые имеются и на Земле.

С помощью спектрального анализа можно обнаружить данный элемент в составе сложного вещества. Благодаря универсальности спектральный анализ является основным методом контроля состава вещества в металлургии, машиностроении, атомной индустрии.

2.

Стационарно – искровые

оптико - эмиссонные спектрометры

«МЕТАЛСКАН –2500».

Предназначены для точного анализа

металлов и сплавов, включая цветные,

сплавы черных металлов и чугуны.

Лабораторная электролизная установка

для анализа металлов «ЭЛАМ».

Установка предназначена для проведения

весового электролитического анализа меди,

свинца, кобальта и др. металлов в сплавах

и чистых металлах.

Электромагнитные излучения

радиоволны

Видимый свет

Инфракрасное

излучение

Рентгеновское

Ультрафиолетовое

Гамма - излучение

излучение

излучение

Шкала электромагнитных излучений.

Шкала электромагнитных волн простирается от длинных

Радиоволн до гамма – лучей. Электромагнитные волны различной

Длины условно делят на диапазоны по различным признакам

( способу получения, способу регистрации, характеру взаимодействия

с веществом).

Все виды излучений имеют, по существу, одну и ту же физическую природу. Луи де Бройль

Виды излучений

Длина волны

Радиоволны

Инфракрас-

Скорость распростра- нения в вакууме

Получение

ное

Видимый

Регистра

излучение

свет

Ультрафиолетовое излучение

ция

Харак - ка, свойства

Рентгеновс- кое

Применение

излучение

 -излучение

Виды излучений

Длина волны

Скорость распрост-ранения в вакууме

Инфракрас-ное

10 км

Радиоволны

0,1м – 770 нм

Получение

(3х10^ 4 – 3х10 ^12 Гц)

излучение

Видимый

C= 3x10^8

свет

770 – 380 нм

Ультрафио

(3х10^ 12 –

Регистра-

C=3x10^8

Транзистор-ные цепи

Рентгеновс- кое

летовое излучение

(4х10^ 14 –

ция

Харак - ка, свойства

380 – 5 нм

C=3x10^8

4х 10 ^14 Гц)

Электричес-кий камин

Резонатор Герца,

5 нм–

излучение

(8х10^ 14 –

 - излучение

Применение

8х10 ^14 Гц)

Отражение, Преломление

Когерер, антенна

Болометр,

C=3x10^8

Лампа накаливания,

10^ –2 нм

5x10^-11 -

C=3x10^8

6х 10 ^16 Гц)

Разрядная трубка,

Спектрограф,

Фотоэлемент

Дифракция

Молнии,

Связь и навигация

Отражение, Преломление

10^-15 м

Фотоэлемент

C=3x10^8

Рентгеновс-кая трубка

(6х 10^ 16 –

Дифракция

Отражение, Преломление

Приготовление пищи

углеродная

Болометр

Пламя

Поляризация

термостолбик

Фотопластинка

Люминесценция, болометр

Циклотрон

Фотохимические

Наблюдение за видимым миром,

Дифракция

Нагревание, сушка,

3х10 ^19 Гц)

Дуга

Поляризация

Проникаю-

Трубка Гейгера

Кобальт - 60

Преимущественно путем отражения

Лечение заболеваний кожи, уничтожение бактерий, стороже-

Тепловое фотокопирование

Поляризация

вые устройства

Рентгенография, радиология, обнаружение под-делок произведений искусства

щая способность

Порождаются космически

ми объектами

Стерилизация,

Дифракция

Медицина, лечение рака